ซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรมผลิตได้อย่างไร?

ในฐานะผู้จำหน่ายซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรม ฉันมักจะถูกถามเกี่ยวกับกระบวนการผลิตซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรม ในบล็อกนี้ ฉันจะอธิบายขั้นตอนโดยละเอียดเกี่ยวกับวิธีการผลิตซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรม ตั้งแต่วัตถุดิบไปจนถึงผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

1. วัตถุดิบ

วัตถุดิบหลักสำหรับซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรมคือซิลิคอน ซึ่งมีอยู่มากมายในเปลือกโลก ซึ่งมักจะอยู่ในรูปของซิลิกา (SiO₂) ซิลิกาสามารถหาได้จากทรายควอทซ์ซึ่งมีอยู่ทั่วไป เพื่อให้ได้ซิลิคอน ขั้นแรกซิลิกาจะถูกรีดิวซ์ด้วยคาร์บอนในเตาอาร์คไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูง (ประมาณ 1,800 - 2,000°C) กระบวนการนี้ส่งผลให้เกิดการผลิตซิลิคอนเกรดโลหะวิทยา

อย่างไรก็ตาม สำหรับซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรม จำเป็นต้องมีซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า ซิลิคอนเกรดโลหะวิทยาได้รับการขัดเกลาเพิ่มเติมผ่านกระบวนการทางเคมีหลายชุด วิธีการทั่วไปวิธีหนึ่งคือกระบวนการของ Siemens โดยที่ซิลิคอนทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) เพื่อสร้างไตรคลอโรซิเลน (SiHCl₃) จากนั้นไตรคลอโรซิเลนจะถูกทำให้บริสุทธิ์โดยการกลั่นเพื่อขจัดสิ่งเจือปน เช่น โบรอน ฟอสฟอรัส และโลหะอื่นๆ สุดท้ายไตรคลอโรไซเลนบริสุทธิ์จะถูกรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจนเพื่อผลิตซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ที่มีความบริสุทธิ์สูง

2. การสังเคราะห์โมโนเมอร์ของไซลอกเซน

เมื่อได้ซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงแล้ว จะใช้ในการสังเคราะห์โมโนเมอร์ไซล็อกเซน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของโพลีเมอร์ซิลิโคน วิธีการทั่วไปสำหรับการสังเคราะห์นี้คือกระบวนการทางตรง

ในกระบวนการโดยตรง ซิลิคอนจะทำปฏิกิริยากับเมทิลคลอไรด์ (CH₃Cl) เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดงที่อุณหภูมิประมาณ 250 - 300°C ปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดส่วนผสมของเมทิลคลอโรซิเลน เช่น ไดเมทิลไดคลอโรซิเลน ((CH₃)₂SiCl₂) ซึ่งเป็นโมโนเมอร์ที่สำคัญที่สุดสำหรับการผลิตซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรม

ปฏิกิริยาสามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:
ศรี + 2CH₃Cl → (CH₃)₂SiCl₂

จากนั้น ส่วนผสมของเมทิลคลอโรซิเลนจะถูกแยกโดยการกลั่นแบบแยกส่วนตามจุดเดือดที่ต่างกัน ไดเมทิลไดคลอโรซิเลนเป็นตัวกลางสำคัญเนื่องจากสามารถไฮโดรไลซ์ได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างโอลิโกเมอร์ของไซลอกเซน

3. ไฮโดรไลซิสและการควบแน่น

Dimethyldichlorosilane ผ่านการไฮโดรไลซิสเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ ในระหว่างการไฮโดรไลซิส อะตอมของคลอรีนในไดเมทิลไดคลอโรซิเลนจะถูกแทนที่ด้วยหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของไซลานอล ปฏิกิริยามีดังนี้:
(CH₃)₂SiCl₂ + 2H₂O → (CH₃)₂Si(OH)₂ + 2HCl

จากนั้นไซลานอลจะเกิดปฏิกิริยาควบแน่น ในกระบวนการนี้ หมู่ไฮดรอกซิลจะทำปฏิกิริยากัน โดยกำจัดโมเลกุลของน้ำและสร้างพันธะไซล็อกเซน (-Si - O - Si -) สิ่งนี้นำไปสู่การก่อตัวของโอลิโกเมอร์ไซล็อกเซนเชิงเส้นหรือแบบไซคลิก ขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยา เช่น ความเข้มข้นของสารตั้งต้น อุณหภูมิ และการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา สามารถควบคุมระดับของการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันได้

4. การเกิดพอลิเมอไรเซชัน

โอลิโกเมอร์ของไซล็อกเซนที่ได้จากขั้นตอนการไฮโดรไลซิสและการควบแน่นจะถูกรวมตัวเพิ่มเติมเพื่อสร้างโพลีเมอร์ซิลิโคนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง สามารถทำได้ด้วยสองวิธีหลัก: โพลีเมอไรเซชันประจุลบและโพลีเมอไรเซชันประจุบวก

โพลีเมอไรเซชันแบบประจุลบ: :
ในการทำพอลิเมอไรเซชันแบบประจุลบ เบสแก่ เช่น โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) จะถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ฐานจะเริ่มต้นการเปิดวงแหวนไซลอกเซนในโอลิโกเมอร์แบบไซคลิก และปฏิกิริยาจะแพร่กระจายเมื่อสายโซ่โพลีเมอร์ที่กำลังเติบโตเพิ่มหน่วยไซล็อกเซนมากขึ้น ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบประจุลบช่วยให้สามารถควบคุมน้ำหนักโมเลกุลและการกระจายน้ำหนักโมเลกุลของซิลิโคนโพลีเมอร์ได้ดี

ประจุบวกพอลิเมอไรเซชัน: :
ในทางกลับกัน ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันประจุบวกใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากรดลิวอิส เช่น กรดซัลฟิวริก (H₂SO₄) หรือกรดไตรฟลูออโรมีเทนซัลโฟนิก (CF₃SO₃H) ตัวเร่งปฏิกิริยาจะกระตุ้นพันธะไซลอกเซน ทำให้สามารถเติมหน่วยไซล็อกเซนเข้ากับสายโซ่โพลีเมอร์ที่กำลังเติบโตได้ โพลีเมอไรเซชันประจุบวกมักใช้สำหรับการผลิตซิลิโคนที่มีกลุ่มฟังก์ชันหรือโครงสร้างเฉพาะ

5. การทำงานและการปรับเปลี่ยน

ซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรมสามารถนำไปใช้งานและดัดแปลงเพิ่มเติมเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการใช้งานที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น โดยการรวมหมู่ฟังก์ชัน เช่น หมู่ไวนิล, ฟีนิล หรือฟลูออโรอัลคิลเข้าไปในสายโซ่โพลีเมอร์ซิลิโคน คุณสมบัติของซิลิโคนสามารถเปลี่ยนแปลงได้

ซิลิโคนแบบฟังก์ชันไวนิลมักใช้นอกเหนือจากระบบการบ่ม ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับตัวเชื่อมโยงข้ามไฮโดรไซเลนต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมเพื่อสร้างโครงสร้างเครือข่ายสามมิติ ส่งผลให้วัสดุซิลิโคนมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม ทนต่ออุณหภูมิสูง และมีเสถียรภาพทางเคมี

ซิลิโคนที่ประกอบด้วยฟีนิลมีเสถียรภาพทางความร้อนและความต้านทานรังสียูวีที่ดีขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงหรือการใช้งานกลางแจ้ง ซิลิโคนฟลูออโรอัลคิลเชิงฟังก์ชันมีพลังงานพื้นผิวต่ำและมีคุณสมบัติกันน้ำและน้ำมันได้ดีเยี่ยม ซึ่งมีประโยชน์ในการใช้งาน เช่น สารเคลือบและสารหล่อลื่น

6. การผสมและการผสมสูตร

หลังจากขั้นตอนการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันและการทำงาน โพลีเมอร์ซิลิโคนมักจะถูกผสมกับสารเติมแต่งอื่นๆ เพื่อสร้างสูตรผสม สารเติมแต่งเหล่านี้อาจรวมถึงสารตัวเติม พลาสติไซเซอร์ เม็ดสี และสารช่วยบ่ม

ฟิลเลอร์: :
สารตัวเติมใช้เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของซิลิโคน เช่น ความต้านทานแรงดึง ความต้านทานการฉีกขาด และความแข็ง สารตัวเติมทั่วไปได้แก่ ซิลิการมควัน ซิลิกาตกตะกอน และแคลเซียมคาร์บอเนต ซิลิกาฟูมมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเสริมโพลีเมอร์ซิลิโคนเนื่องจากมีพื้นที่ผิวสูงและมีลักษณะการกระจายตัวที่ดี

พลาสติไซเซอร์: :
มีการเติมพลาสติไซเซอร์เพื่อเพิ่มความยืดหยุ่นและความสามารถในการแปรรูปของซิลิโคน พวกเขาสามารถลดอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วของซิลิโคนโพลีเมอร์ได้ ทำให้สามารถขึ้นรูปและขึ้นรูปได้ง่ายขึ้น

เม็ดสี: :
เม็ดสีใช้เพื่อทำให้ซิลิโคนมีสีที่ต้องการ อาจเป็นเม็ดสีอินทรีย์หรืออนินทรีย์ก็ได้ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งาน

ตัวแทนการบ่ม: :
สารบ่มมีความจำเป็นสำหรับการเชื่อมโยงโซ่โพลีเมอร์ซิลิโคนและเปลี่ยนสารประกอบซิลิโคนให้เป็นวัสดุแข็งและทนทาน การเลือกใช้สารบ่มจะขึ้นอยู่กับชนิดของซิลิโคนและกลไกการบ่ม ตัวอย่างเช่น นอกจากนี้ - ระบบการบ่ม, ตัวเชื่อมโยงข้ามไฮโดรไซเลน และตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมถูกนำมาใช้ ในขณะที่ในระบบการควบแน่น - การบ่ม, ตัวเร่งปฏิกิริยาออร์กาโนติน และตัวเชื่อมโยงข้ามไซเลน ถูกนำมาใช้ คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการเพิ่มสารบ่มเพื่อให้แน่ใจว่ายางซิลิโคนมีอายุการใช้งานยาวนานจากสิ่งนี้ควรเติมสารบ่มอย่างไรเพื่อให้แน่ใจว่ายางซิลิโคนมีอายุการใช้งานยาวนาน.

7. การประมวลผลและการสร้างรูปร่าง

เมื่อผสมสูตรซิลิโคนแล้ว ก็สามารถแปรรูปเป็นรูปทรงและรูปแบบต่างๆ ได้โดยใช้เทคนิคการผลิตที่แตกต่างกัน วิธีการประมวลผลทั่วไปบางประการ ได้แก่:

การปั้น: :
การปั้นเป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตผลิตภัณฑ์ซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรม กระบวนการขึ้นรูปมีหลายประเภท เช่น การฉีดขึ้นรูป การอัดขึ้นรูป และการฉีดขึ้นรูป ในการฉีดขึ้นรูป สารประกอบซิลิโคนจะถูกให้ความร้อนและฉีดเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ภายใต้แรงดันสูง จากนั้นแม่พิมพ์จะถูกทำให้เย็นลง และส่วนซิลิโคนจะถูกดีดออกมา การอัดขึ้นรูปเกี่ยวข้องกับการวางสารประกอบซิลิโคนในปริมาณที่วัดไว้ล่วงหน้าในช่องแม่พิมพ์ที่ให้ความร้อน และใช้แรงกดเพื่อสร้างชิ้นส่วน การฉีดขึ้นรูปแบบเป็นการผสมผสานระหว่างการฉีดขึ้นรูปและการขึ้นรูปแบบอัด โดยที่สารประกอบซิลิโคนจะถูกให้ความร้อนเป็นครั้งแรกในห้องถ่ายโอน จากนั้นจึงดันเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ คุณสามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรมสำหรับแม่พิมพ์ได้ที่นี่ซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรมสำหรับแม่พิมพ์.

การอัดขึ้นรูป: :
การอัดขึ้นรูปใช้ในการผลิตโปรไฟล์ซิลิโคนแบบต่อเนื่อง เช่น ท่อ แท่ง และซีล ในกระบวนการอัดขึ้นรูป สารประกอบซิลิโคนจะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องอัดรีด ซึ่งจะถูกให้ความร้อนและบังคับผ่านแม่พิมพ์ภายใต้แรงดัน แม่พิมพ์จะกำหนดรูปร่างหน้าตัดของผลิตภัณฑ์ที่อัดขึ้นรูป

กำลังหล่อ: :
การหล่อเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนซิลิโคนรูปทรงขนาดใหญ่หรือซับซ้อน ในการหล่อ สารประกอบซิลิโคนเหลวจะถูกเทลงในแม่พิมพ์และปล่อยให้แข็งตัวที่อุณหภูมิห้องหรือภายใต้สภาวะความร้อนที่ได้รับการควบคุม

8. การควบคุมและการทดสอบคุณภาพ

ตลอดกระบวนการผลิตมีการใช้มาตรการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์ซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรมเป็นไปตามมาตรฐานและข้อกำหนดที่กำหนด การทดสอบการควบคุมคุณภาพอาจรวมถึง:

การวิเคราะห์ทางเคมี: :
การวิเคราะห์ทางเคมีใช้เพื่อระบุองค์ประกอบและความบริสุทธิ์ของซิลิโคน รวมถึงปริมาณขององค์ประกอบ หมู่ฟังก์ชัน และสารเติมแต่งต่างๆ

การทดสอบทางกล: :
การทดสอบทางกลดำเนินการเพื่อประเมินคุณสมบัติทางกายภาพของซิลิโคน เช่น ความต้านทานแรงดึง การยืดตัวเมื่อขาด ความแข็ง และความต้านทานการฉีกขาด

การทดสอบความร้อน: :
การทดสอบความร้อนใช้เพื่อประเมินเสถียรภาพทางความร้อนและประสิทธิภาพของซิลิโคนที่อุณหภูมิต่างๆ ซึ่งอาจรวมถึงการวัดจุดหลอมเหลว อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว และสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน

การทดสอบด้านสิ่งแวดล้อม: :
การทดสอบด้านสิ่งแวดล้อมดำเนินการเพื่อประเมินความต้านทานของซิลิโคนต่อปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมต่างๆ เช่น ความชื้น รังสียูวี และการสัมผัสสารเคมี

บทสรุป

การผลิตซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรมเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและหลายขั้นตอนซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้เทคโนโลยีเคมีขั้นสูงและเทคนิคการผลิต ตั้งแต่การสกัดวัตถุดิบไปจนถึงผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป แต่ละขั้นตอนต้องมีการควบคุมอย่างรอบคอบและการประกันคุณภาพเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือสูงของซิลิโคน

หากคุณกำลังมองหาผลิตภัณฑ์ซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรมคุณภาพสูง บริษัทของเราคือพันธมิตรที่เชื่อถือได้ของคุณ เรามีประสบการณ์กว้างขวางในการผลิตและจำหน่ายซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรม และเราสามารถจัดหาโซลูชั่นที่ปรับแต่งให้ตรงตามความต้องการเฉพาะของคุณได้ ไม่ว่าคุณจะต้องการซิลิโคนสำหรับแม่พิมพ์ เช่น การทำแม่พิมพ์โคมบัวที่ประณีตในการสร้างแม่พิมพ์โคมไฟดอกบัวที่สวยงาม การเลือกซิลิโคนแม่พิมพ์เกรดอุตสาหกรรมที่เหมาะสมเป็นกุญแจสำคัญหรือสำหรับแม่พิมพ์หินวัฒนธรรมเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาต่างๆ เช่น พื้นผิวไม่ชัดและการพองของเชื้อราการเลือกซิลิโคนไม่ถูกต้องสำหรับแม่พิมพ์หินวัฒนธรรมจะทำให้พื้นผิวไม่ชัดเจน เชื้อราพุพอง และอายุการใช้งานสั้น ลองใช้โซลูชันระดับอุตสาหกรรมนี้เราช่วยคุณได้ อย่าปล่อยให้การเลือกซิลิโคนที่ไม่ถูกต้องนำไปสู่ความล้มเหลวในการผลิตแม่พิมพ์การผลิตแม่พิมพ์ล้มเหลว สาเหตุ 90% คือเลือกซิลิโคนผิดประเภท. ติดต่อเราวันนี้เพื่อเริ่มการสนทนาเกี่ยวกับข้อกำหนดซิลิโคนเกรดอุตสาหกรรมของคุณ เราหวังว่าจะได้ร่วมงานกับคุณและช่วยคุณค้นหาโซลูชันซิลิโคนที่สมบูรณ์แบบสำหรับธุรกิจของคุณ

อ้างอิง

• Mark, JE, & Bikales, นิวเม็กซิโก (บรรณาธิการ) (1989). สารานุกรมวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมโพลีเมอร์ จอห์น ไวลีย์ แอนด์ ซันส์
• โอมูระ, อาร์. (2007) ซิลิโคน: เคมีและเทคโนโลยี ไวลีย์ - VCH
• Schulz, GV, & Harth, E. (บรรณาธิการ). (2010) การสังเคราะห์โพลีเมอร์: ทฤษฎีและการปฏิบัติ สปริงเกอร์.